NITU "MISiS" setiap tahun menyelenggarakan acara "Kuliah Natal" . Dalam rangka acara ini, para ilmuwan terkemuka kami memberikan kuliah tentang bidang penelitian mereka dan prestasi besar. Tahun ini, ilmuwan terkemuka kami, Direktur Pusat Nanotube dari Institut Nasional Ilmu Bahan, Tsukuba, Profesor Universitas Tsukuba, Jepang, Direktur Ilmiah Laboratorium Penelitian Nanomaterial Bahan Anorganik NUST MISiS, D.V. membuka siklus kuliah Natal tradisional . Golberg . Dia saat ini memiliki salah satu indeks Hirsch tertinggi (80)Dalam ceramahnya, ia berbicara tentang analisis sifat-sifat bahan nano menggunakan mikroskop elektron. Penting juga untuk dicatat bahwa dalam kuliahnya D.V. Golberg mendemonstrasikan penelitian yang tidak memiliki analog di dunia, bagian dari presentasinya berisi materi unik, yang, sayangnya, belum diizinkan untuk dipublikasikan. Kami berpaling kepadanya untuk menulis tesis tentang kuliahnya dalam kerangka siklus publikasi tradisional kami dalam bentuk opini ahli. Dia juga setuju untuk menjawab pertanyaan pembaca, jika ada. Setelah ceramah Dmitry Viktorovich terbang ke Amerika Serikat dan secara harfiah menulis artikel untuk kami dari pesawat. Formatnya, sayangnya, bukan sains populer, dan kami tidak punya hak untuk mengatur ruang lingkup untuk menulis catatan untuk seorang ilmuwan, karena pada awalnya direncanakan bahwa ia akan menulis untuk klub sains diskusi kami, di mana audiens target adalah insinyur spesialisasi khusus. Tetapi, karena seorang ilmuwan dari tingkat ini tidak begitu sering menulis untuk publikasi sains populer, kami masih ingin menerbitkan materi ini di blog perusahaan kami di GT. Ini tidak dapat dianggap sebagai catatan dari seri "Saya hanya meninggalkannya di sini", untuk spesialis, bahan ini akan benar-benar tampak sangat menarik dan menarik.
Fotografi / Layanan pers Brodskaya Maria dari NUST “MISiS” - kuliah Natal oleh D.V. Golberg di NUST “MISiS”
| Dmitry Viktorovich Golberg,
Profesor, Universitas Tsukuba,
Direktur Ilmiah Jepang dari Laboratorium Penelitian "Nanomaterial Anorganik" NUST "MISiS" |
Memahami sifat mekanik, listrik, dan optoelektronik dari nanomaterial, khususnya, pada tingkat struktural tertentu, adalah kunci penting karena minat untuk mengintegrasikannya ke dalam teknologi modern. Namun demikian, dalam sebagian besar kasus, pengukuran sifat tersebut dilakukan dengan menggunakan instrumen yang tidak memiliki akses langsung ke struktur atom bahan nano, kristalografi mereka, dan komposisi kimia yang teratasi secara spasial. Fakta ini secara signifikan membatasi relevansi data yang dikumpulkan, karena semua fitur struktural spesifik objek nanometrik sebelum / selama / setelah pengujian biasanya disembunyikan. Mengingat hal tersebut di atas, hasil yang diperoleh tidak dapat langsung terkait dengan struktur nano tertentu, morfologi internal, dan cacat. Lewat sini,sebaran besar data yang bersifat mekanis, elektrik, dan optoelektronik adalah fitur umum dari berbagai kelompok ilmiah dan publikasi mereka. Sampai sekarang, kelemahan ini telah sangat rumit pekerjaan insinyur praktis dan teknologi dan telah menyebabkan banyak ketidakpastian mengenai potensi produksi nyata dari bahan nano.Dalam publikasi ini, saya akan menunjukkan manfaat dari yang baru-baru ini dikembangkan dalam kelompok kami di Tsukuba dan teknik mikroskop transmisi elektron in situ (TEM) canggih untuk menganalisis sifat mekanik, listrik, dan optoelektronik dari berbagai struktur nano anorganik [1-3]. Elastisitas, daktilitas, kekuatan, hambatan listrik, konduktivitas, perbedaan suhu, fotovoltage, fotovoltage dan peta katodoluminesensi yang diselesaikan secara spasial dapat dianalisis dengan mikroskop transmisi elektron resolusi tinggi (PEMVR) menggunakan nanomanipulator terkontrol piezoelektrik dan / atau serat optik yang ditempatkan pada pemegang TEM.Skema umum perangkat yang digunakan dalam percobaan kami ditunjukkan pada Gambar 1. Sampel nano yang ditempatkan sebelumnya dapat diisi, dibengkokkan atau diregangkan, dan juga diterangi dengan cahaya dari berbagai intensitas, panjang gelombang, atau frekuensi pulsa. Semua jenis pemegang (Diproduksi oleh Nanofactory Instruments AB, Swedia) yang kompatibel dengan mikroskop JEOL JEM-3100FEF PEMVR (filter Omega) dengan resolusi spasial 0,17 nm. Mikroskop yang beroperasi pada 300 kV memiliki detektor dispersi sinar-X (EDX) dan kemungkinan spektroskopi kehilangan energi elektron untuk analisis kimia dengan resolusi spasial dan pembuatan peta elemen dari bahan nano yang diuji sebelum / selama dan setelah pengukuran.Penempatan sampel nano yang tepat di dalam dudukan adalah langkah pertama menuju perekaman data dan properti yang andal dan dapat diproduksi ulang. Kawat emas pipih yang baru dipotong (250 mikron pada diameter awal) pertama kali direndam dalam partikel bahan nano yang ditumbuk menjadi bubuk. Kemudian kawat emas dengan bahan nano terpasang dipasang pada dudukan tetap atau bergerak. Perlu dicatat bahwa benda nano biasanya tertarik pada kawat emas sebagai hasil dari adhesi fisik yang sederhana; Hanya dalam beberapa kasus pasta perak digunakan untuk meningkatkan kontak fisik antara sampel dan elektroda emas. Pemegang dapat tipe STM-TEM dan tipe AFM-TEM non-konduktif atau konduktif (cantilevers terbuat dari silikon yang dilapisi dengan ~ 15 nm Pt). Selain itu, serat optik dapat dihubungkan ke sumber cahaya eksternal.Menggunakan mikroskop optik, celah terkecil yang mungkin antara sampel dan sensor tercapai.
1. JEOL JEM-3100FEF ( ) TM , , , - .Kemudian, menggunakan manipulasi piezo-motor di PEMVR, posisi relatif dari kawat dengan sampel nanomaterial yang ditempatkan dan ujung STM, atau cantilevers AFM, atau serat optik secara tepat disesuaikan dalam tiga dimensi X, Y dan Z, di dalam ujung kutub mikroskop dengan akurasi lebih dari 1 nm Akhirnya, ketinggian relatif dari dua pemegang terminal secara tepat diperbaiki menggunakan fungsi osilasi TEM. Setelah ini, kontak fisik yang dekat dapat dicapai antara nanoobject yang dipelajari dan ujung kantilever STM atau AFM. Selain itu, serat optik dapat dipindahkan ke sampel sedekat mungkin untuk meminimalkan hamburan cahaya di dalam kolom TEM. Untuk sistem STM-TEM STM, ujung (atau sampel kawat, tergantung pada skema polaritas) dapat diisi hingga ± 140 V.Pengukuran gaya oleh kantilever AFM TEM dapat dilakukan dengan menggunakan sensor MEMS yang terletak di bagian bawahnya. Sebelum pengukuran, konstanta kantilever dihitung dan koefisien tegangan mV-LV dari sensor MEMS dikalibrasi menggunakan indentasi awal dari kawat logam. Dioda laser dengan panjang gelombang tetap, misalnya 405, 488, 638, dan 808 nm, atau sumber cahaya yang memancarkan cahaya kuat yang terhubung ke monokromator dan perajang digunakan untuk uji optoelektronik dan fotoelektrik.488, 638, dan 808 nm, atau sumber cahaya yang kuat dan terang lebar yang terhubung ke monokromator dan perajang digunakan untuk uji optoelektronik dan fotoelektrik.488, 638, dan 808 nm, atau sumber cahaya yang kuat dan terang lebar yang terhubung ke monokromator dan perajang digunakan untuk uji optoelektronik dan fotoelektrik.Dengan menggunakan perangkat kompleks yang disebutkan di atas, kami dapat mengukur dan menganalisis untuk pertama kalinya kekuatan lentur dan kekuatan tarik, modulus Young dan ketangguhan retak dari berbagai nanotube karbon 1d multilayer dan berdinding tunggal, nanotube boron nitrida dan dichalcogenide, kawat nano silikon, kawat nano silikon, boron dan gallium nitride, dan berbagai nanosheets 2D dan struktur nano seperti graphene. Perhatian khusus diberikan untuk menggambarkan kinetika deformasi spesifik pada skala nano. Hasil pertama ini diperoleh dengan tekukan atau tegangan langsung menggunakan alat AFM-TEM [1,4-7]. Peningkatan suhu pada titik nanomaterial tertentu hingga ~ 2000 ° C atau lebih ketika dipanaskan oleh arus listrik pada pemegang STM-TEM memungkinkan kita untuk menjelaskan gradien suhu yang ada, ketahanan termal,fenomena intra-difusi dan kinetika amorfisasi / kristalisasi logam skala nano dalam ruang nano [8,9]. Pengupasan lapisan atom individu dichalcogenide (MoS2) menjadi satu lapisan dari kristal tunggal dilakukan dalam TEMP dengan kontrol penuh energi, distribusi tegangan dan medan regangan pada tingkat visualisasi dengan resolusi atom [10]. Dengan demikian, proses terbuka mensimulasikan pemisahan mikromekanis nanosheets paling populer dari bahan seperti graphene dan memberikan tips penting untuk pengembangan praktis, pemahaman fisik dan optimalisasi metode ini. Yang paling penting, jumlah utama - energi permukaan dari lapisan atom MoS2 - ditentukan menjadi 0,11 N / m. Akhirnya, dalam kondisi TEM, percobaan optoelektronik dan fotolistrik pada nanopartikel titanium oksida, kawat nano seng oksida,kadmium sulfida nanoribbons, molybdenum sulfide nanosheets dan hetero-nanostructures yang baru dibuat menghasilkan pemahaman yang jelas tentang prospek teknologi nyata untuk pembuatan perangkat optoelektronik [11,12].Tes mekanis dan optoelektronik yang dikembangkan dan dilakukan dalam HRTEM memungkinkan untuk menjelaskan lebih lanjut tentang hubungan sebenarnya antara struktur dan sifat banyak nanomaterials kompleks, seperti berbagai nanotube anorganik, kawat nano, nanosheets, dan nanopartikel, yang merupakan Holy Grail of Material Science.Sumber:[1] Golberg D. et al. Nano Lett. 7, 2146 (2007).
[2] Golberg D. et al. Adv. Mater. 19, 1937 (2007).
[3] Golberg D.et al.Adv. Mater. 24, 177 (2012).
[4] Wang M.S., Golberg D. et al. Adv. Mater. 22, 4071 (2010).
[5] Wei X.L., Wang M.S., Bando Y., Golberg D. Adv. Mater. 22, 4895 (2010).
[6] Tang D.M., Golberg D. et al. Nano Lett. 12, 1898 (2012).
[7] Wei X.L., Xiao S., Li F., Tang D.M., Chen Q., Bando Y., Golberg D. Nano Lett. 15, 689 (2015).
[8] Costa P.M.F.J., Gautam U.K., Bando Y., Golberg D. Nature Commun. 2, 4121 (2011).
[9] Tang D.M., Golberg D. et al. Nano Lett. (2015), submitted for publication.
[10] Tang D.M., Golberg D. et al. Nature Commun. 5, 3631 (2014).
[11] Zhang C., Golberg D. et al. Nanotechnology26, 154001 (2015).
[12] Zhang C., Xu Z., Golberg D. et al. Appl. Phys. Lett. 107, 051735 (2015).